(57)【要約】【課題】  自律移動装置の姿勢変化に起因する、自己位置の推定精度の低下、及び／又は、環境地図の作成誤差の増大を抑制することが可能な自律移動装置を提供することを目的とする。【解決手段】  自律移動装置１は、その下部に４個の電動モータ１２及び各電動モータ１２により駆動されるオムニホイール１３が設けられた本体１０と、周囲に存在する物体との距離を計測するレーザレンジファインダ２０と、該レーザレンジファインダ２０の傾きを検出する加速度センサ２１と、レーザレンジファインダ２０の傾きが変動していないときには、レーザレンジファインダ２０の検出結果に基づいて自己位置の推定及びグローバルマップの生成・更新を行い、レーザレンジファインダ２０の傾きが変動している場合には、レーザレンジファインダ２０の検出結果に基づく自己位置の推定及びグローバルマップの生成・更新を停止する電子制御装置３０とを備えている。【選択図】  図１
2010079869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己位置の推定、及び／又は、環境地図の作成を行いつつ移動する自律移動装置において、
検出波を射出するとともに、該検出波の反射状態に基づいて該検出波を反射した物体との距離を検出して、周囲に存在する物体との距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報取得手段により取得された前記距離情報に基づいて、自己位置を推定する自己位置推定手段と、
前記距離情報に基づいて、前記環境地図を作成する環境地図作成手段と、
前記距離情報取得手段の傾きを検出する傾斜検出手段と、を備え、
前記自己位置推定手段は、前記傾斜検出手段の検出結果から、前記距離情報取得手段が傾いていると判断されたときに、前記距離情報に基づく自己位置の推定を停止し、
前記環境地図作成手段は、前記傾斜検出手段の検出結果から、前記距離情報取得手段が傾いていると判断されたときに、前記距離情報に基づく前記環境地図の作成を停止することを特徴とする自律移動装置。
【請求項２】
前記自己位置推定手段は、前記距離情報取得手段の傾きが変動しているときに、前記距離情報に基づく自己位置の推定を停止し、
前記環境地図作成手段は、前記距離情報取得手段の傾きが変動しているときに、前記距離情報に基づく前記環境地図の作成を停止することを特徴とする請求項１に記載の自律移動装置。
【請求項３】
自機を移動させる複数の車輪と、
前記複数の車輪の回転量に応じて自機の移動量を求める移動量算出手段と、を備え、
前記自己位置推定手段は、前記傾斜検出手段により検出された前記距離情報取得手段の傾きが変動しているときには、前記移動量算出手段により求められた前記移動量に基づいて、自己位置の推定を行うことを特徴とする請求項２に記載の自律移動装置。
【請求項４】
前記環境地図作成手段は、前記距離情報取得手段の傾きの変動が収まったときには、前記距離情報に基づく前記環境地図の作成を再開し、
前記自己位置推定手段は、前記距離情報取得手段の傾きの変動が収まったときには、前記距離情報に基づく自己位置の推定を再開することを特徴とする請求項３に記載の自律移動装置。
【請求項５】
前記距離情報取得手段は、レーザレンジファインダであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の自律移動装置。
【請求項６】
前記環境地図作成手段により作成された環境地図をリアルタイムで表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の自律移動装置。
【請求項７】
前記表示手段は、自機の背面側、かつ前記距離情報取得手段の検出領域外に配置されることを特徴とする請求項６に記載の自律移動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自律移動装置に関し、特に、自己位置の推定、及び／又は、自機の周囲の環境地図の作成を行いつつ移動する自律移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、周囲環境の中を自律して移動する自律移動装置が知られている。自律移動装置が周囲環境の中を自律して移動するためには、例えば、周囲の環境地図（以下「グローバルマップ」ともいう）と、自機の位置（自己位置）情報が重要となる。ここで、近年、リアルタイムで自己位置の推定と環境地図の作成とを同時に行うＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｍａｐｐｉｎｇ）が注目されている（例えば特許文献１参照）。ＳＬＡＭでは、自律移動装置は、移動しつつ、周囲に存在する物体（例えば壁や障害物等）との距離を例えばレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）等の測距センサで計測することによって局所地図（以下「ローカルマップ」ともいう）を取得し、そのローカルマップを基に自己位置を推定するとともに、グローバルマップを生成又は更新する。
【特許文献１】特開２００７−９４７４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したレーザレンジファインダは、レーザを出射するとともに、物体で反射されて戻ってきたレーザを検出し、レーザを出射してから戻ってくるまでの時間を計測することにより、物体までの距離を測定する。また、レーザレンジファインダは、出射したレーザを回転ミラー等で反射させ、例えば水平方向に扇状にレーザを走査することにより、周囲の形状を検知する。ここで、例えば自律移動装置が加減速するときや障害物と接触したとき等には、自律移動装置が傾くことにより、自律移動装置に取り付けられているレーザレンジファインダも傾く。そして、レーザレンジファインダが傾くと、レーザの照射方向が変化し、例えば傾いていないときとは異なった位置又は物体にレーザが照射されることにより、定常時とは異なった位置又は物体との距離（すなわち異なった距離）を検出してしまうおそれがある。このように本来検出されるべき位置又は物体とは異なる位置又は物体との距離を検出してしまい、その検出結果に基づいて自己位置を推定すると、自己位置の推定を誤ってしまうおそれがある。また、このような検出結果を用いてグローバルマップを生成したり更新したりすると、誤差を含んだ（誤った）グローバルマップが生成又は更新されるおそれがある。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、自己位置の推定、及び／又は、環境地図の作成を行いつつ移動する自律移動装置において、自律移動装置の姿勢変化に起因する、自己位置の推定精度の低下、及び／又は、環境地図の作成誤差の増大を抑制することが可能な自律移動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る自律移動装置は、自己位置の推定、及び／又は、環境地図の作成を行いつつ移動する自律移動装置において、検出波を射出するとともに、該検出波の反射状態に基づいて該検出波を反射した物体との距離を検出して、周囲に存在する物体との距離情報を取得する距離情報取得手段と、距離情報取得手段により取得された距離情報に基づいて、自己位置を推定する自己位置推定手段と、距離情報に基づいて、環境地図を作成する環境地図作成手段と、距離情報取得手段の傾きを検出する傾斜検出手段とを備え、傾斜検出手段の検出結果から、距離情報取得手段が傾いていると判断されたときに、自己位置推定手段が、距離情報に基づく自己位置の推定を停止し、環境地図作成手段が、距離情報に基づく環境地図の作成を停止することを特徴とする。
【０００６】
本発明に係る自律移動装置によれば、射出した検出波の反射状態（例えば伝播時間、位相ズレ、伝播路のズレ等）に基づいて物体との距離情報を取得する距離情報取得手段が傾いているときには、距離情報取得手段により取得された距離情報に基づく自己位置の推定、及び／又は、環境地図の作成が停止される。よって、例えば自律移動装置が加減速したり障害物と接触したりして、自律移動装置を構成する距離情報取得手段が傾いているとき、すなわち定常時とは異なる距離が検出されているおそれがあるときには、距離情報取得手段により取得された距離情報に基づく自己位置の推定、及び／又は、環境地図の作成が停止される。そのため、本来の検出結果と異なる検出結果を用いて自己位置を推定したり環境地図を作成したりすることが防止される。その結果、自律移動装置の姿勢変化に起因する、自己位置の推定精度の低下、及び／又は、環境地図の作成誤差の増大を抑制することが可能となる。なお、「環境地図の作成」には「環境地図の生成と更新」を含むものとする。
【０００７】
本発明に係る自律移動装置では、距離情報取得手段の傾きが変動しているときに、自己位置推定手段が、距離情報に基づく自己位置の推定を停止し、環境地図作成手段が、距離情報に基づく環境地図の作成を停止することが好ましい。
【０００８】
この場合、距離情報取得手段の傾きが変動しているときに、距離情報取得手段により取得された距離情報に基づく自己位置の推定、及び／又は、環境地図の作成が停止される。したがって、距離情報取得手段が傾いている場合であっても、その傾きが変動していないときには、距離情報取得手段により取得された距離情報に基づく自己位置の推定、及び／又は、環境地図の作成は停止されない。そのため、例えば自律移動装置が一定勾配の斜面を一定の姿勢で登っているような状況において、適切に自己位置の推定、及び／又は、環境地図の作成を行うことが可能となる。
【０００９】
本発明に係る自律移動装置は、自機を移動させる複数の車輪と、複数の車輪の回転量に応じて自機の移動量を求める移動量算出手段とを備え、傾斜検出手段により検出された距離情報取得手段の傾きが変動しているときには、自己位置推定手段が、移動量算出手段により求められた移動量に基づいて、自己位置の推定を行うことが好ましい。
【００１０】
このようにすれば、距離情報取得手段の傾きが変動しているときには、複数の車輪の回転量に応じて求められた移動量に基づいて、自己位置が推定される。そのため、距離情報取得手段により取得された距離情報に基づく自己位置の推定が停止されたとしても、自己位置を把握することが可能となる。
【００１１】
本発明に係る自律移動装置では、距離情報取得手段の傾きの変動が収まったときには、環境地図作成手段が、距離情報に基づく環境地図の作成を再開し、自己位置推定手段が、距離情報に基づく自己位置の推定を再開することが好ましい。
【００１２】
この場合、距離情報取得手段の傾きの変動が収まったときに、取得された距離情報に基づく自己位置の推定、及び／又は、環境地図の作成が再開される。ここで、上述したように、距離情報取得手段の傾きが変動していたときには、複数の車輪の駆動量に応じて求められた移動量に基づいて、自己位置が推定されていたため、その推定位置から継続して自己位置の推定、及び／又は、環境地図の作成を行うことが可能となる。
【００１３】
本発明に係る自律移動装置では、距離情報取得手段が、レーザレンジファインダであることが好ましい。
【００１４】
レーザレンジファインダは、角度方向、距離方向共に高い解像度と測定精度を持ち、かつ、高速に物体との距離を計測することができる。よって、距離情報取得手段としてレーザレンジファインダを用いることにより、周囲に存在する物体との距離を高精度かつ高速に測定することができる。よって、自己位置の推定、及び／又は、環境地図の作成を高精度かつ高速に行うことが可能となる。
【００１５】
本発明に係る自律移動装置は、環境地図作成手段により作成された環境地図をリアルタイムで表示する表示手段を備えることが好ましい。
【００１６】
これによれば、環境地図作成手段により作成された最新の環境地図がリアルタイムで表示手段に表示されるので、自律移動装置のオペレータは、現実の周囲環境と表示手段に表示される環境地図との一致度合、及び／又は、環境地図上の自己位置を確認しながら、自己位置の推定、及び／又は、環境地図の作成作業を進めることができる。
【００１７】
本発明に係る自律移動装置では、上記表示手段が、自機の背面側、かつ距離情報取得手段の検出領域外に配置されることが好ましい。
【００１８】
これによれば、表示手段に表示された情報を確認するために、オペレータが表示手段の前（すなわち、自律移動装置の背面側）に立ったとしても、オペレータが自律移動装置の前方移動の邪魔になることがない。また、環境地図上にオペレータが障害物として反映されてしまう事態を極力抑えることができる。つまり、誤った環境地図が作成されてしまうことが極力抑えられる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、距離情報取得手段が傾いているときに、距離情報取得手段により取得された距離情報に基づく自己位置の推定、及び／又は、環境地図の作成を停止する構成としたので、自己位置の推定、及び／又は、環境地図の作成を行いつつ移動する自律移動装置において、自律移動装置の姿勢変化に起因する、自己位置の推定精度の低下、及び／又は、環境地図の作成誤差の増大を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００２１】
まず、図１及び図２を用いて、実施形態に係る自律移動装置１の構成について説明する。図１は、自律移動装置１の構成を示すブロック図である。また、図２は、レーザレンジファインダ２０の検出領域２０Ａとタッチパネルディスプレイ４０の配置との関係を示す図である。
【００２２】
自律移動装置１は、図１の左方を装置前方とする全方向（自機中心に３６０°）に平面的に、また自機中心Ｌ１回りに旋回的に、オペレータ操作によるマニュアル移動・動作及び自己判断による自律移動・動作が可能であり、自己位置の推定とグローバルマップの作成とを同時に行いつつ、周囲環境の中を自律して移動する（ＳＬＡＭ）機能を有するものである。そのため、自律移動装置１は、その下部に電動モータ１２及び該電動モータ１２により駆動されるオムニホイール１３が設けられた本体１０と、周囲に存在する物体（例えば壁や障害物等）との距離を計測するレーザレンジファインダ２０と、該レーザレンジファインダ２０の傾きを検出する加速度センサ２１と、表示手段及び入力手段としてのタッチパネルディスプレイ４０と、オペレータ６０が自律移動装置１をマニュアル移動させるための操作手段としてのジョイスティック５０とを備えている。また、自律移動装置１は、レーザレンジファインダ２０が傾いていないとき又は傾きが変動していないときに、レーザレンジファインダ２０の検出結果に基づいて自己位置の推定及びグローバルマップの生成・更新を行い、レーザレンジファインダ２０が傾いており且つその傾きが変動している場合に、レーザレンジファインダ２０の検出結果に基づく自己位置の推定及びグローバルマップの生成・更新を停止する電子制御装置３０を備えている。この電子制御装置３０は、タッチパネルディスプレイ４０及びジョイスティック５０からのオペレータ６０の命令を受け付けるとともに、タッチパネルディスプレイ４０の表示面を制御する。以下、各構成要素について詳細に説明する。
【００２３】
本体１０は、例えば略有底円筒状に形成された金属製のフレームであり、この本体１０に、上述したレーザレンジファインダ２０、加速度センサ２１、電子制御装置３０、及びタッチパネルディスプレイ４０等が備えられる。なお、本体１０の形状は略有底円筒状に限られない。本体１０の下部には、４つの電動モータ１２が十字状に配置されて取り付けられている。４つの電動モータ１２のそれぞれの駆動軸１２Ａにはオムニホイール１３が装着されている。すなわち、４つのオムニホイール１３は、同一円周上に周方向に沿って９０°ずつ間隔を空けて取り付けられている。
【００２４】
オムニホイール１３は、電動モータ１２の駆動軸１２Ａを中心にして回転する２枚のホイール１４と、各ホイール１４の外周に電動モータ１２の駆動軸１２Ａと直交する軸を中心として回転可能に設けられた６個のフリーローラ１５とを有する車輪であり、全方向に移動可能としたものである。なお、２枚のホイール１４は位相を３０°ずらして取り付けられている。このような構成を有するため、電動モータ１２が駆動されてホイール１４が回転すると、６個のフリーローラ１５はホイール１４と一体となって回転する。一方、接地しているフリーローラ１５が回転することにより、オムニホイール１３は、そのホイール１４の回転軸に平行な方向にも移動することができる。そのため、４つの電動モータ１２を独立して制御し、４つのオムニホイール１３のそれぞれの回転方向及び回転速度を独立して制御することより、自律移動装置１を任意の方向（全方向）に平面移動させたり自機中心Ｌ１回りに旋回動作させることができる。
【００２５】
４つの電動モータ１２それぞれの駆動軸１２Ａには、該駆動軸１２Ａの回転角度（すなわち駆動量あるいは回転量）を検出するエンコーダ１６が取り付けられている。各エンコーダ１６は、電子制御装置３０と接続されており、検出した各電動モータ１２の回転角度を電子制御装置３０に出力する。電子制御装置３０は、入力された各電動モータ１２の回転角度から、自律移動装置１の移動量及び向きを演算する。なお、自律移動装置１の移動量及び向きの演算方法の詳細については後述する。すなわち、エンコーダ１６及び電子制御装置３０は、特許請求の範囲に記載の移動量算出手段として機能する。
【００２６】
レーザレンジファインダ２０は、自機の正面方向（前方）を向くようにして自律移動装置１の前部に取り付けられている。レーザレンジファインダ２０は、レーザ（検出波）を射出するとともに、射出したレーザを回転ミラーで反射させることで、自律移動装置１の周囲を水平に走査する。詳しくは、図２に示されるように、レーザレンジファインダ２０は、自機中心Ｌ１からの半径が４ｍで正面方向を０°として正負１２０°の扇状の検出領域２０Ａを有し、この検出領域２０Ａ内に存在する物体で反射されて戻ってきたレーザを検出し、レーザ（反射波）の検出角度、及びレーザを射出してから物体で反射されて戻ってくるまでの時間（伝播時間）を計測することにより、物体との角度及び距離を検出する。すなわち、レーザレンジファインダ２０は、特許請求の範囲に記載の距離情報取得手段として機能する。なお、レーザレンジファインダ２０は、電子制御装置３０と接続されており、検出した周囲の物体との距離情報・角度情報を電子制御装置３０に出力する。
【００２７】
加速度センサ２１は、レーザレンジファインダ２０に直接、又はレーザレンジファインダ２０の近傍に取り付けられている。加速度センサ２１は、検出軸に対する重力加速度の方向に応じた電圧を出力するものであり、レーザレンジファインダ２０の水平面に対する傾斜角、すなわち前後左右の傾きを検出する。よって、加速度センサ２１は、特許請求の範囲に記載の傾斜検出手段として機能する。なお、加速度センサ２１としては種々のタイプのものを用いることができるが、本実施形態では、静電容量タイプのものを利用した。
【００２８】
タッチパネルディスプレイ４０は、例えば、グローバルマップ及び自律移動装置１の各種ステータス等を表示する。タッチパネルディスプレイ４０は、図２に示されるように、自律移動装置１の背面側、かつ上述したレーザレンジファインダ２０の扇状の検出領域２０Ａ外に配置され、操作表示面を後ろ向きにして手前が下がるようにやや傾斜して取り付けられる。ジョイスティック５０は、自律移動装置１をマニュアル移動させるための操作手段であって、所定長のケーブルおよびインタフェイス（図示せず）を介して電子制御装置３０に接続される。このジョイスティック５０は、自律移動装置１を前後左右方向に平面移動させる命令を入力するための方向移動レバー５０Ａと、自律移動装置１を自機中心Ｌ１回りに右方向に旋回移動させる命令を入力するための右旋回ボタン５０Ｂと、自律移動装置１を自機中心Ｌ１回りに左方向に旋回移動させる命令を入力するための左旋回ボタン５０Ｃと、例えば自機の位置をグローバルマップ上に登録する命令を入力するための決定ボタン５０Ｄとを、少なくとも含む。
【００２９】
図２に示すように、オペレータ６０は、自律移動装置１の背面側に立って、タッチパネルディスプレイ４０およびジョイスティック５０を使って電子制御装置３０に対して命令を入力する。例えば、自律移動装置１の周囲環境のグローバルマップを生成・更新するモード（据付モード）と、自律移動装置１が自己の判断で目的地まで移動するモード（搬送モード）との切換は、タッチパネルディスプレイ４０上のタスク選択画面（図８参照）で、搬送モードアイコン４０Ａ、据付モードアイコン４０Ｂのいずれかにオペレータ６０がタッチすることで行なわれる。据付モードの実行時（グローバルマップの作成時）に自律移動装置１をマニュアル移動させるときは、オペレータ６０は、ジョイスティック５０を使って移動命令を入力する。
【００３０】
電子制御装置３０は、自律移動装置１の制御を総合的に司る。電子制御装置３０は、演算を行うマイクロプロセッサ、マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ、及びバッテリによりその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ等から構成されている。また、電子制御装置３０は、レーザレンジファインダ２０、加速度センサ２１、タッチパネルディスプレイ４０、及びジョイスティック５０とマイクロプロセッサとを電気的に接続するインターフェイス回路、及び電動モータ１２を駆動するドライバ回路等も備えている。
【００３１】
電子制御装置３０は、据付モード又は搬送モードで自律移動装置１を移動させ、そして自己位置の推定とグローバルマップの作成とを同時に行いつつ、周囲環境の中を自律して移動する機能（ＳＬＡＭ）を実現する。ここで、据付モードは、オペレータ６０がジョイスティック５０およびタッチパネルディスプレイ４０を使って、自律移動装置１を平面的・旋回的にマニュアル移動させながら、自律移動装置１が自律移動するべき周囲環境のグローバルマップをＳＬＡＭにより生成・更新するモードと定義される。搬送モードは、オペレータ６０がタッチパネルディスプレイ４０から指定したグローバルマップ上の目的地（ゴール）まで、ＳＬＡＭにより自己位置の確認・グローバルマップの更新をしながら自律移動装置１が自律的に移動するモードと定義される。電子制御装置３０では、プログラムが実行されることにより、レーザレンジファインダ２０により取得された距離情報・角度情報、並びにエンコーダ１６により検出された各電動モータ１２の回転角度から自己位置推定を行う自己位置推定部３１、及び、レーザレンジファインダ２０により取得された距離情報・角度情報からグローバルマップを作成するグローバルマップ作成部３２の機能が実現される。
【００３２】
自己位置推定部３１は、据付モードおよび搬送モードのいずれが実行された場合であっても、レーザレンジファインダ２０が傾いていない場合、より具体的には単位時間あたりの傾きの変動がない場合に、レーザレンジファインダ２０から読み込まれた周囲の物体との距離情報・角度情報に基づいてローカルマップを生成するとともに、エンコーダ１６から読み込まれた各電動モータ１２の回転角度に基づいて自機の移動量を演算する。そして、自己位置推定部３１は、生成されたローカルマップ、及び自機の移動量からベイズフィルタ（ベイズの定理）を用いて確率的に自己位置を推定する。
【００３３】
一方、自己位置推定部３１は、実行モードが据付モードおよび搬送モードのいずれであっても、レーザレンジファインダ２０が傾いている場合に、加速度センサ２１により検出されたレーザレンジファインダ２０の傾きの微分値（又は差分、すなわち単位時間あたりの傾きの変動）を求め、得られた微分値が所定値（例えば５°／ｓｅｃ）未満のときには、上述したように自己位置の推定を行う。一方、得られた微分値が上記所定値以上のとき、すなわちレーザレンジファインダ２０の傾きが変動しているときには、レーザレンジファインダ２０の検出結果を用いた自己位置推定を停止し、各電動モータ１２の回転角度から求められた自機の移動量に基づいて自己位置を推定する（すなわちデッドレコニングを実行する）。すなわち、電子制御装置３０（自己位置推定部３１）は、特許請求の範囲に記載の自己位置推定手段として機能する。
【００３４】
グローバルマップ作成部３２は、レーザレンジファインダ２０が傾いていない場合に、自己位置推定部３１において生成されたレーザレンジファインダ２０を原点にしたローカルマップを、レーザレンジファインダ２０を原点にした座標系からグローバルマップの座標系に自己位置にあわせて座標変換することにより、ローカルマップをグローバルマップに投影する。そして、グローバルマップ作成部３２は、この処理を自律移動装置１（電子制御装置３０）の制御周期ごとに移動しつつ繰り返して実行し、ローカルマップをグローバルマップに順次足し込んで行く（継ぎ足してゆく）ことにより周囲環境全体のグローバルマップを生成又は更新する。
【００３５】
一方、グローバルマップ作成部３２は、レーザレンジファインダ２０が傾いている場合に、レーザレンジファインダ２０の傾きの微分値（又は差分）を求め、得られたレーザレンジファインダ２０の傾きの微分値（又は差分）が所定値（例えば５°／ｓｅｃ）未満のときには、上述したようにグローバルマップの生成・更新を行う。一方、レーザレンジファインダ２０の傾きの微分値が上記所定値以上のとき、すなわちレーザレンジファインダ２０の傾きが変動しているときには、レーザレンジファインダ２０の検出結果を用いたグローバルマップの生成・更新を停止する。すなわち、電子制御装置３０（グローバルマップ作成部３２）は、特許請求の範囲に記載の環境地図作成手段として機能する。
【００３６】
次に、図３〜図５を併せて参照しつつ、自律移動装置１の動作を、特にグローバルマップを作成するための据付モードが実行される場合を例にして説明する。但し、据付モードに代えて搬送モードが実行される場合であっても、オペレータ６０の命令によるマニュアル移動が自己の判断による自律移動に変わること以外は、同様の動作が行なわれる。図３は、自律移動装置１によるＳＬＡＭとデッドレコニングの切替処理の処理手順を示すフローチャートである。また、図４は自律移動装置１によるＳＬＡＭの処理手順を示すフローチャートであり、図５は自律移動装置１によるデッドレコニングの処理手順を示すフローチャートである。図３〜図５に示される各処理は、主として電子制御装置３０によって行われるものであり、自律移動装置１の電源がオンされてからオフされるまでの間、所定の制御周期（例えば２００ｍｓｅｃ毎に）で繰り返し実行される。
【００３７】
図８に一例として示したタッチパネルディスプレイ４０のタスク選択画面上で、オペレータ６０が据付モードアイコン４０Ｂにタッチすることにより据付モードが実行される。なお、搬送モードアイコン４０Ａがタッチされると搬送モードが実行され、戻るアイコン４０Ｃがタッチされると前の画面表示に戻る。据付モード実行時の処理を以下に説明する。
【００３８】
まず、自律移動装置１が、平面移動せずに水平な床面上で旋回動作のみを行う場合について説明する。オペレータ６０が、自己位置においてジョイスティック５０の左右の旋回ボタン５０Ｂ，５０Ｃを操作して、自律移動装置１を３６０°旋回動作させると、自律移動装置１は、自機周囲を検出してローカルマップを制御周期ごとにグローバルマップに足しこんでいく。具体的には、ステップＳ１００で傾斜角が読み込まれるが、自律移動装置１は水平面上で旋回動作しているのでレーザレンジファインダ２０は傾いておらず、ステップＳ１０２の処理においてＮＯと判断されてステップＳ１０８に処理が移行し、図４に示すＳＬＡＭが実行される。ＳＬＡＭでは、レーザレンジファインダ２０からの距離情報・角度情報に加えて、各電動モータ１２の回転角度が読み込まれ（ステップＳ２００）、ローカルマップが生成される（ステップＳ２０２）。そして、これらの情報に基づいて自律移動装置１の自己位置が推定され（ステップＳ２０４）、ローカルマップがグローバルマップに投影される（ステップＳ２０６）。
【００３９】
ここで、制御周期ごとに生成・更新されるグローバルマップは、制御周期毎にリアルタイムでタッチパネルディスプレイ４０の表示面に表示される。このため、例えば、オペレータ６０の足や通行人などの移動障害物がレーザレンジファインダ２０の検出領域２０Ａに入ることによって検出され、グローバルマップ上に移動障害物として投影されたとしても、オペレータ６０は、タッチパネルディスプレイ４０の表示面上でそれを確認できるため、自律移動装置１を平面移動させずにグローバルマップを更新することにより、移動障害物の無い固定障害物のみが投影されたグローバルマップを取得することができる。
【００４０】
続いて、自律移動装置１が平面移動する場合について説明する。オペレータ６０がジョイスティック５０の方向移動レバー５０Ａを操作して、自律移動装置１を前後左右に移動させた場合、まず、ステップＳ１００では、加速度センサ２１からレーザレンジファインダ２０の傾斜角、すなわち前後左右の傾きが読み込まれる。続くステップＳ１０２では、ステップＳ１００で読み込まれた傾斜角から、レーザレンジファインダ２０が傾いているか否かについての判断が行われる。ここで、レーザレンジファインダ２０が傾いていない場合には、ステップＳ１０８に処理が移行する。一方、レーザレンジファインダ２０が傾いているときには、ステップＳ１０４に処理が移行し、ステップＳ１００で読み込まれた傾斜角の微分値（又は差分）が算出される（ステップＳ１０４）。
【００４１】
続いて、ステップＳ１０６では、ステップＳ１０４で算出された傾斜角の微分値が所定のしきい値（例えば５°／ｓｅｃ）以上であるか否かについての判断が行われる。ここで、傾斜角の微分値が上記所定のしきい値未満である場合には、ステップＳ１０８において、レーザレンジファインダ２０により取得された距離情報・角度情報及びエンコーダ１６により検出された各電動モータ１２の回転角度に基づく自己位置推定と、レーザレンジファインダ２０により取得された距離情報・角度情報に基づいたグローバルマップ作成を行うＳＬＡＭが実行される。一方、傾斜角の微分値が所定のしきい値以上であるときには、レーザレンジファインダ２０が揺れていると判断され、レーザレンジファインダ２０の検出結果を用いた自己位置推定が停止され、ステップＳ１１０において、各電動モータ１２の回転角度から求められた自機の移動量に基づいて自己位置を推定するデッドレコニングが実行される。
【００４２】
ここで、図４及び図５を用いて、ステップＳ１０８で実行されるＳＬＡＭ、及びステップＳ１１０において実効されるデッドレコニングについて説明する。まず、図４を参照しつつ、自律移動装置１によるＳＬＡＭについて説明する。
【００４３】
ステップＳ２００では、レーザレンジファインダ２０により取得された周囲の物体との距離情報・角度情報、及びエンコーダ１６により検出された各電動モータ１２の回転角度が読み込まれる。
【００４４】
続くステップＳ２０２では、ステップＳ２００で読み込まれた周囲の物体との距離情報・角度情報に基づいてレーザレンジファインダ２０を原点とするローカルマップが生成されるとともに、各電動モータ１２の回転角度に基づいて自機の移動量が演算される。
【００４５】
ここで、図６、図７を参照しつつ、電動モータ１２の回転角度、すなわちオムニホイール１３の車輪移動量から自機の移動量（移動距離）及び向きを求める方法について説明する。図６は、自律移動装置１の移動量及び回転量と、各オムニホイール１３の車輪移動量及び向きとの関係を説明するための図である。また、図７は、自律移動装置１の移動量及び回転量と、各オムニホイール１３の車輪移動量及び向きとの関係式を示す図である。
【００４６】
図６に示されるように、４つのオムニホイール１３の中心位置から各オムニホイール１３までの距離をＬとし、オムニホイール１３の傾き角をαとする。なお、本実施形態において傾き角αは４５°に設定されている。ここで、電動モータ１２の回転角度から求められる各オムニホイール１３の車輪移動量をｃｉ（ｉ＝０〜３）とすると、自律移動装置１の移動量の各成分（ｄｘ，ｄｙ）と回転角φは、図７の（１）式により求められる。また、上記（１）式から求められた自律移動装置１の移動量の各成分（ｄｘ，ｄｙ）を（２）式に代入することにより、自律移動装置１の移動量Ｓ及び向きが求められる。
【００４７】
図４に戻って説明を続けると、ステップＳ２０４では、ステップＳ２０２において生成されたローカルマップ及び自機の移動量から、ベイズフィルタを用いて確率的に自己位置が推定される。
【００４８】
続いて、ステップＳ２０６では、ステップＳ２０２で生成されたローカルマップが、レーザレンジファインダ２０を原点にした座標系からグローバルマップの座標系に自己位置にあわせて座標変換され、グローバルマップに投影されることにより、周囲環境全体のグローバルマップが生成又は更新される。ここで、制御周期ごとに生成・更新されるグローバルマップは、制御周期毎にリアルタイムでタッチパネルディスプレイ４０の表示面に表示される。このため、例えば、通行人などの移動障害物６１がレーザレンジファインダ２０の検出領域２０Ａに入ることによって検出され、グローバルマップ上に移動障害物６１として投影された（図９参照）としても、オペレータ６０は、タッチパネルディスプレイ４０の表示面上でそれを確認できるため、自律移動装置１を平面移動させずにグローバルマップを生成又は更新するかあるいは移動障害物が検出領域２０Ａから外れたことを確認してから自律移動装置１を平面移動させてグローバルマップを生成又は更新することにより、移動障害物の無い固定障害物のみ投影されたグローバルマップを取得することができる（図１０参照）。その後、図３に示されるステップＳ１０８に処理が戻された後、本処理から一旦抜ける。
【００４９】
次に、図５を参照しつつ、自律移動装置１によるデッドレコニングについて説明する。まず、ステップＳ３００において、エンコーダ１６により検出された各電動モータ１２の回転角度が読み込まれる。続いて、ステップＳ３０２では、ステップＳ３００で読み込まれた各電動モータ１２の回転角度に基づいて自機の移動量が演算されるとともに、得られた自機の移動量から自己位置が推定される。なお、電動モータ１２の回転角度から自機の移動量を求める方法は上述した通りであるので、ここでは説明を省略する。その後、図３に示されるステップＳ１１０に処理が戻された後、本処理から一旦抜ける。
【００５０】
本実施形態によれば、射出したレーザの伝播時間に基づいて物体との距離情報を取得するレーザレンジファインダ２０が傾いており且つその傾きが変動しているときに、レーザレンジファインダ２０により取得された距離情報に基づく自己位置の推定及びグローバルマップの作成が停止される。よって、例えば自律移動装置１が加減速したり障害物と接触したり段差を乗り越えたりして、自律移動装置１に取り付けられたレーザレンジファインダ２０が揺れているとき、すなわち定常時とは異なる距離が検出されているおそれがあるときに、レーザレンジファインダ２０により取得された距離情報に基づく自己位置の推定及びグローバルマップの作成が停止される。そのため、本来の検出結果と異なる検出結果を用いて自己位置を推定したりグローバルマップを作成したりすることが防止される。その結果、自律移動装置１の姿勢変化に起因する、自己位置の推定精度の低下、及びグローバルマップの作成誤差の増大を抑制することが可能となる。
【００５１】
本実施形態によれば、レーザレンジファインダ２０が傾いている場合であっても、その傾きが変動していないときには、レーザレンジファインダ２０により取得された距離情報を用いた自己位置推定及びグローバルマップ作成が実行される。そのため、例えば自律移動装置１が一定勾配の斜面を登っている状況等では、適切に自己位置推定及びグローバルマップ作成を行うことが可能となる。
【００５２】
本実施形態によれば、レーザレンジファインダ２０の傾きが変動しているときには、４つのオムニホイール１３の回転角度（すなわち車輪移動量）に応じて求められた自律移動装置１の移動量に基づいて、自己位置が推定される。そのため、レーザレンジファインダ２０により取得される距離情報に基づく自己位置の推定が停止されたとしても、自己位置を把握することが可能となる。なお、デッドレコニングによる自己位置推定はスリップによる誤差が蓄積するが、レーザレンジファインダ２０の傾きが変動する領域はグローバルマップ全体から見て微小領域であると考えられるため、誤差の蓄積も極めてわずかであり、自己位置を把握することができる。
【００５３】
本実施形態によれば、レーザレンジファインダ２０の揺れが収まったときに、レーザレンジファインダ２０により取得される距離情報に基づく自己位置の推定及びグローバルマップの作成が再開される。ここで、上述したように、レーザレンジファインダ２０が揺れていたときには、４つのオムニホイール１３の駆動量（車輪移動量）に応じて求められた自律移動装置１の移動量に基づいて自己位置が推定されていたため、その推定位置から継続して自己位置の推定及びグローバルマップの作成を行うことが可能となる。また、レーザレンジファインダ２０の検出領域２０Ａが半径４ｍの扇状と広範囲であるため、レーザレンジファインダ２０が揺れている時に取得されたであろうローカルマップから投影される領域は、揺れの前後に取得されたローカルマップから投影される領域によりカバーすることができる。そのため、揺れが生じた時にグローバルマップの作成を停止したとしても、影響はほとんどない。また、仮に揺れている時に取得できたであろうローカルマップから投影される領域を更新できていない場合でも、タッチパネルディスプレイ４０でグローバルマップの更新の状況を確認できるため、更新できていない領域を更新できる位置に自律移動装置１をジョイスティック５０で移動することで確実に更新することができる。
【００５４】
一般的に、レーザレンジファインダは、角度方向、距離方向共に高い解像度と測定精度を持ち、かつ、高速に物体との距離を計測することができる。よって、レーザレンジファインダ２０を用いて周囲に存在する物体との距離を高精度かつ高速に測定することにより、自己位置の推定及びグローバルマップの作成を高精度かつ高速に行うことが可能となる。
【００５５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、レーザレンジファインダ２０が傾いており且つその傾きが変動しているときに、レーザレンジファインダ２０により取得された距離情報に基づく自己位置の推定及びグローバルマップの作成を停止したが、レーザレンジファインダ２０の傾きが変動していなくても、傾いていれば、レーザレンジファインダ２０により取得された距離情報に基づく自己位置の推定及びグローバルマップの作成を停止する構成としてもよい。
【００５６】
上記実施形態では、本発明を、自己位置推定とグローバルマップ作成とを同時に行う自律移動装置１に適用したが、自己位置の推定のみを行う装置、又は、グローバルマップの作成のみを行う装置に適用してもよい。
【００５７】
上記実施形態では、レーザの伝播時間を利用する（すなわち「時間伝播法」を利用した）レーザレンジファインダ２０を用いたが、その他の検出原理、例えば、光路のズレを利用する（すなわち「三角測量法」を利用した）レーザレンジファインダ等を用いてもよい。また、レーザを用いるレーザレンジファインダに代えて、例えば赤外光を用いる距離センサ等を用いることもできる。
【００５８】
上記実施形態では、自己位置を推定する際に、ベイズフィルタを用いたが、例えば、ＩＣＰ（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  Ｃｌｏｓｅｓｔ  Ｐｏｉｎｔ）等のスキャンマッチングを利用して自己位置を推定する構成としてもよい。
【００５９】
上記実施形態では、レーザレンジファインダ２０が揺れているときには、レーザレンジファインダ２０により取得された距離情報を使用しない構成としたが、例えばステレオカメラ等をさらに備え、該ステレオカメラでレーザレンジファインダ２０が検出している物体を認識し、レーザレンジファインダ２０が揺れていないときと同じ物体の同一面（例えば同じ壁面）を検出していると判断された場合には、レーザレンジファインダ２０の傾きを補正して当該物体までの距離を求める構成としてもよい。その場合、補正後の距離情報を用いて自己位置推定及びグローバルマップ作成を行うことができる。
【００６０】
上記実施形態では、車輪として全方位に移動可能なオムニホイール１３を採用したが、通常の車輪（操舵輪及び駆動輪）を用いる構成としてもよい。
【００６１】
また、自律移動装置が移動している床面（又は地面）に対するレーザレンジファインダの傾きを検出する手段を備え、この手段の検出結果から、レーザレンジファインダが床面（又は地面）に対して傾いていると判断されたときに、レーザレンジファインダの検出結果を用いた自己位置の推定、及び／又は、グローバルマップの作成を停止する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施形態に係る自律移動装置の構成を示すブロック図である。
【図２】レーザレンジファインダの検出領域とタッチパネルディスプレイの配置との関係を示す図である。
【図３】実施形態に係る自律移動装置によるＳＬＡＭとデッドレコニングの切替処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】実施形態に係る自律移動装置によるＳＬＡＭの処理手順を示すフローチャートである。
【図５】実施形態に係る自律移動装置によるデッドレコニングの処理手順を示すフローチャートである。
【図６】実施形態に係る自律移動装置の移動量及び回転量と、各オムニホイールの車輪移動量及び向きとの関係を説明するための図である。
【図７】実施形態に係る自律移動装置の移動量及び回転量と、各オムニホイールの車輪移動量及び向きとの関係式を示す図である。
【図８】タスク選択画面の一例を示す図である。
【図９】移動障害物が投影されたグローバルマップの一例を示す図である。
【図１０】移動障害物が取り除かれたグローバルマップの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  自律移動装置
１０  本体
１２  電動モータ
１３  オムニホイール
１４  ホイール
１５  フリーローラ
１６  エンコーダ
２０  レーザレンジファインダ
２１  加速度センサ
３０  電子制御装置
３１  自己位置推定部
３２  グローバルマップ作成部
４０  タッチパネルディスプレイ
【図１】
2010079869.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010079869.tif 000008
【図７】
2010079869.tif 000009
【図８】
2010079869.tif 000010
【図９】
2010079869.tif 000011
【図１０】
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